SPP1作为M2型巨噬细胞极化的关键调节因子，通过激活FAK/PI3K/AKT通路促进子宫内膜异位症的进展：一项生物信息学和实验研究

《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》：SPP1 as a key modulator of M2 macrophage polarization promotes endometriosis progression via activation of the FAK/PI3K/AKT pathway: A bioinformatics and experimental study

本研究通过整合GSE6364数据集，结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）和机器学习算法，筛选出CD44、CLU、FOXO1、MET、SPP1五个核心靶点。单细胞RNA测序证实SPP1主要表达于M2样巨噬细胞，其过表达通过激活FAK/PI3K/AKT通路促进人子宫内膜基质细胞增殖迁移，免疫组化和荧光分析验证了核心基因在EMs病灶中的表达与分布。结果表明SPP1调控M2型巨噬细胞介导的免疫微环境重塑和疾病进展，为EMs的诊断和治疗提供新靶点。

　　本研究聚焦于子宫内膜异位症（Endometriosis, EMs）这一常见的妇科疾病，探索其背后的免疫机制和关键分子靶点。EMs 是一种以慢性炎症和异常免疫微环境为特征的疾病，其主要表现为子宫内膜组织在子宫腔以外的部位异常生长，通常涉及卵巢、盆腔腹膜及腹腔内其他器官。该病对女性健康影响深远，不仅引发持续性盆腔疼痛、痛经、性交疼痛等症状，还可能导致不孕，严重影响患者的生活质量。尽管对 EMs 的研究已有数十年，其发病机制仍未完全阐明，现有研究普遍认为该病是多种因素共同作用的结果，包括遗传易感性、免疫功能紊乱、激素水平失衡以及环境因素等。

在 EMs 的病理过程中，巨噬细胞扮演了至关重要的角色。巨噬细胞来源于单核细胞，是免疫系统的重要组成部分，广泛分布于人体各个组织中。它们不仅具有吞噬病原体和细胞碎片的功能，还在调节免疫反应、组织修复和维持代谢平衡中发挥重要作用。根据其功能和分泌的炎症因子，巨噬细胞通常被分为两种主要类型：M1 型和 M2 型。M1 型巨噬细胞在受到脂多糖（LPS）等促炎因子刺激后被激活，主要分泌促炎性细胞因子，如 TNF-α、IL-1β 和 IL-6，从而加剧局部炎症反应。相反，M2 型巨噬细胞则在 IL-4 和 IL-13 等替代激活因子的作用下被诱导，表现出抗炎特性，同时参与组织修复和免疫调节。在 EMs 中，巨噬细胞的数量和极化状态发生显著变化，这可能影响其在疾病发展中的作用。

在正常生理条件下，巨噬细胞能够有效识别并清除异常的子宫内膜组织，维持局部免疫平衡，防止病灶形成。然而，在 EMs 患者体内，巨噬细胞的功能受到干扰，表现为其数量增加、极化状态异常以及吞噬能力下降。这些变化可能导致免疫系统无法及时清除异位的子宫内膜组织，反而为其提供了一个有利于生存和发展的微环境，从而促进病灶的生长、侵袭以及慢性炎症的持续。此外，巨噬细胞还通过分泌多种细胞因子、趋化因子、生长因子和基质重塑酶（如基质金属蛋白酶、血管内皮生长因子等），参与病灶形成过程中的多个环节，包括血管生成、神经发生和细胞外基质降解等。

为了深入理解 EMs 中巨噬细胞的免疫调节作用，研究团队整合了来自 GEO 数据库的 GSE6364 数据集，识别出差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs），并利用加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA）方法，筛选出与 EMs 密切相关的基因模块。通过将这些基因模块与巨噬细胞极化相关基因进行交叉比对，研究人员最终确定了 31 个关键基因。为了进一步缩小范围，研究团队采用了多种机器学习算法，包括 LASSO 回归、支持向量机递归特征消除（SVM-RFE）和随机森林，最终筛选出五个核心靶点：CD44、CLU、FOXO1、MET 和 SPP1。

在单细胞 RNA 测序分析中，研究人员发现 SPP1 在 M2 型巨噬细胞中表达尤为显著。SPP1，也被称为骨桥蛋白（Osteopontin, OPN），在多种癌症中被发现具有促癌作用，能够通过上皮-间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT）和缺氧信号通路促进肿瘤的生长和转移。在 EMs 的背景下，SPP1 的表达不仅限于癌细胞，还与巨噬细胞的极化状态密切相关。研究团队通过功能实验验证了 SPP1 在巨噬细胞极化过程中的作用，发现 SPP1 的过表达能够显著促进巨噬细胞向 M2 型极化，并增强人子宫内膜间质细胞（human endometrial stromal cells, ihESCs）的增殖和迁移能力。这表明 SPP1 在 EMs 中可能扮演了类似于肿瘤微环境中 SPP1 阳性巨噬细胞所发挥的作用，即通过调控巨噬细胞极化状态，影响局部免疫环境，进而促进病灶的生长和扩散。

在分子机制层面，研究团队进一步探讨了 SPP1 阳性 M2 型巨噬细胞如何通过激活 FAK/PI3K/AKT 信号通路来促进病变进展。FAK（Focal Adhesion Kinase）是一种与细胞黏附和迁移密切相关的蛋白激酶，其激活能够促进细胞的增殖、侵袭和转移。PI3K/AKT 通路则在细胞生长、存活和代谢调控中发挥核心作用，其异常激活常与多种疾病的发生发展相关。研究发现，SPP1 阳性巨噬细胞通过激活这一信号通路，能够显著增强 ihESCs 的增殖和迁移能力，同时促进血管生成和基质重塑，从而为病灶的形成和扩散提供有利条件。此外，SPP1 还能够通过与 CD44 和整合素等受体相互作用，调节多个信号通路，进一步影响免疫微环境的动态变化。

在组织学和免疫荧光分析中，研究团队进一步验证了这些核心基因在 EMs 病灶中的表达和空间分布。结果显示，SPP1、CD44、CLU、FOXO1 和 MET 在病灶区域的表达水平显著高于正常组织，且其分布模式与巨噬细胞的极化状态密切相关。这一发现不仅支持了 SPP1 在巨噬细胞极化中的核心作用，还揭示了这些基因在 EMs 免疫微环境重塑中的关键地位。研究团队认为，SPP1 可能是 EMs 中 M2 型巨噬细胞的重要调控因子，其表达水平的升高可能与疾病进展密切相关。

基于上述发现，研究团队提出 SPP1 可能成为 EMs 诊断和治疗的重要靶点。首先，SPP1 在 M2 型巨噬细胞中的高表达可能为 EMs 的早期诊断提供新的生物标志物。通过检测 SPP1 的表达水平，可以更准确地识别 EMs 患者体内是否存在异常的免疫微环境，从而为疾病的早期干预提供依据。其次，SPP1 在调控巨噬细胞极化和促进病灶进展中的作用提示，针对 SPP1 的靶向治疗可能具有潜在的临床价值。通过抑制 SPP1 的表达或阻断其信号通路，可能有助于逆转 M2 型巨噬细胞的异常极化，恢复正常的免疫功能，从而减缓疾病的进展。

此外，研究团队还强调了 SPP1 在免疫调节中的多重作用。一方面，SPP1 可能通过促进 M2 型巨噬细胞的极化，增强免疫系统的耐受性，使异位的子宫内膜组织得以逃避免疫监视；另一方面，SPP1 也可能通过调控细胞外基质的降解和血管生成，为病灶的侵袭和转移提供支持。这种双重作用使得 SPP1 在 EMs 的免疫微环境中具有复杂的调控网络，进一步凸显了其在疾病发展中的重要性。

本研究采用了一种整合生物信息学分析和实验验证的方法，不仅从基因表达层面揭示了 EMs 中巨噬细胞极化相关的关键分子，还通过功能实验验证了这些分子在疾病进展中的作用。这种多维度的研究策略为理解 EMs 的免疫机制提供了新的视角，并为开发针对巨噬细胞极化的新型治疗策略奠定了基础。研究团队认为，通过进一步探索 SPP1 及其相关信号通路的作用机制，有望发现更多潜在的治疗靶点，从而推动 EMs 的精准医疗发展。

值得注意的是，本研究的结论不仅局限于 EMs 的病理机制，还为其他与免疫细胞极化相关的疾病提供了参考。例如，在肿瘤微环境中，SPP1 阳性巨噬细胞已被证实能够促进肿瘤的生长和转移，这一现象在 EMs 中可能具有相似的机制。因此，研究团队建议未来的研究可以进一步探讨 SPP1 在其他炎症性疾病或肿瘤中的作用，以期找到更广泛的临床应用价值。

本研究的实施过程中，研究团队获得了多项资助支持，包括中央高校基本科研业务费（No. 2024-JYB-JBZD-035）和国家自然科学基金（No. 8197151077）。这些资金的投入为研究的顺利开展提供了重要保障。此外，研究团队还强调了本研究的伦理合规性，项目伦理代码为 BUCM-2024031807-1159，确保了研究过程的科学性和伦理性。研究团队也声明不存在任何可能影响研究结果的潜在利益冲突，保证了研究的客观性和公正性。

综上所述，本研究通过整合生物信息学分析和实验验证，揭示了 SPP1 在 EMs 中的重要作用。SPP1 作为 M2 型巨噬细胞的关键调控因子，不仅影响免疫微环境的重塑，还在病灶的生长、侵袭和慢性炎症的维持中发挥核心作用。这些发现为 EMs 的诊断和治疗提供了新的思路，同时也为相关疾病的免疫机制研究提供了重要参考。未来的研究可以进一步探讨 SPP1 在不同疾病阶段的具体作用，以及其与其他免疫分子之间的相互作用，从而更全面地理解其在疾病发生发展中的复杂角色。